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　　關鍵詞：汽車零件；模具；電火花蝕坑；電火花白層；顯微裂紋；預防措施

　　2模具失效問題描述

　　汽車零件塑料模具尺寸30×70×160mm，模具類型為1模2腔，H13模具鋼調質后型腔經電火花加工，發現45°斜面位置出現大量“砂眼”，無法滿足更終使用要求，對失效模具解剖后進行失效原因分析。

　　3模具原始形貌及缺陷位置

　　宏觀觀察，缺陷主要集中在右側型腔45°斜面位置，如圖1b標記位置，分布規律性明顯。

　　圖1模具原始形貌及缺陷位置

　　a模具原始形貌b缺陷位置

　　4模具解剖示意圖

　　模具按圖2中A-A'、B-B'、C-C'、D-D'、E-E'剖面線進行切割及取樣，試樣取自右側缺陷位置型腔，1#樣為高倍試樣，觀察面為A-A'剖面模具型腔邊緣處缺陷位置；2#試樣為掃描電鏡試樣，觀察面為模具型腔缺陷位置。

　　圖2模具解剖示意圖

　　5失效分析

　　5.1化學成分分析

　　檢測儀器：賽默飛ARL4460直讀光譜分析儀。

　　檢測位置：模具本體。

　　模具本體取樣進行直讀光譜分析，具體成分如表1所示。經光譜分析，化學成分正常。

　　5.2模具硬度分析

　　檢測儀器：德國WilsonHardnessROCKWELL@2000洛氏硬度計。

　　檢測位置：模具本體。

　　對模具側面進行洛氏硬度檢測，單個值52.8/51.8/52.2HRC，平均值52.26HRC。

　　5.3高倍分析

　　檢測儀器：德國蔡司AxioScope.A1正立式光學顯微鏡。

　　檢測位置：取樣示意圖1#試樣，A-A'剖面模具型腔邊緣處。

　　（1）非金屬夾雜物。高倍試樣經拋光制樣后，直接在100×下觀察，無大顆粒夾雜物及剝落現象。

　　（2）液析碳化物。高倍試樣經拋光制樣后、用4%的硝酸酒精溶液進行腐蝕，分別在100×、500×下觀察，未發現液析碳化物。

　　（3）顯微組織。高倍試樣經拋光制樣后，用4%的硝酸酒精溶液進行腐蝕，分別在50×、100×、500×下觀察顯微組織。

　　缺陷位置A-A'剖面型腔邊緣處組織異常（見圖3標示圈內），存在厚度不均的電火花加工白層及顯微裂紋，從表到里依次為熔化凝固層、熱影響層，圖4a熔化凝固層更大深度110μm，熱影響層更大深度105μm，圖4d熔化凝固層更大深度195μm，熱影響層更大深度110μm。其余位置型腔邊緣處組織無異常（見圖4b中K圈內位置）。

　　圖3高倍試樣縱截面及缺陷位置示意圖

　　圖4異常位置顯微組織

　　a異常位置50×b異常正常位置50×

　　ca中異常位置放大100×db中異常位置放大100×

　　熔化凝固層存在多處顯微裂紋，部分僅在熔化凝固層內擴展，在交界處終止（見圖5a），部分穿過熔化凝固層擴展至熱影響層[3]（見圖5b），更大裂紋深度230μm，局部位置熔化凝固層與熱影響層之間已分離。

　　圖5熔化凝固層500×

　　熔化凝固層內可觀察到明顯的結晶組織（見圖6a），熱影響層內存在明顯的脫碳現象（見圖7a）。基體組織無異常（見圖7b），為正常的回火組織。

　　圖6熔化凝固層-熱影響層500×

　　圖7熱影響層-基體500×

　　5.4掃描電鏡分析

　　檢測儀器：德國蔡司EDAX掃描電子顯微鏡。

　　檢驗位置：取樣示意圖2#試樣，模具型腔缺陷位置。

　　為進一步確定缺陷產生的原因，對加工面進行SEM及EDS分析。

　　SEM宏觀形貌顯示比h13性能更好的材料，缺陷為形狀規則的圓形凹坑（見圖8），明顯區別于其他正常加工位置。

　　圖8缺陷位置SEM宏觀形貌

　　SEM及EDS分析表明，正常位置電火花加工表面存在大量小凹坑，表面存在輕微積碳，更高碳重量百分比達到5.07%（見圖9），屬正常的電火花加工面。

　　圖9正常位置SEM形貌及EDS分析

　　圖10大凹坑內球狀鐵屑SEM形貌及EDS分析

　　圖11大凹坑內壁SEM形貌及EDS分析

　　蝕坑位置除表面積碳外，SEM分析還發現大凹坑內及表面存在大量顯微裂紋（見圖12），這與高倍顯微組織分析結果一致。

　　圖12大凹坑及附近位置顯微裂紋SEM形貌和背散射形貌

　　aSEM形貌b背散射形貌

　　進行電火花加工時，電極和工件上施加的脈沖電壓將工作液擊穿，產生火花放電。在放電的微細通道中瞬時集中大量的熱能，溫度可高達1,000℃以上，壓力也有急劇變化，從而使這一點工作表面局部微量的金屬材料立刻熔化甚至氣化[4]，并爆炸式地飛濺到工作液中，迅速冷凝，形成固體的金屬微粒（小球狀鐵屑、積碳），被工作液沖走。這時在工件表面上便留下一個微小的凹坑痕跡，即電火花蝕坑[5]。

　　6預防措施

　　（1）電火花加工時選擇合理的放電參數，避免異常的電火花蝕坑及較深的熱影響區的出現。

　　（2）電火花加工后，需進行表面打磨處理，去除電火花加工白層及熱影響區，同時進行去應力回火，減小電火花白層及熱影響區的影響。

　　根據以上分析，H13失效模具型腔內45°面明顯異常，大量“砂眼”其實為電火花加工過程中操作不當產生的電火花蝕坑，原因為加工排渣不暢，產生積碳，造成局部過加工，并具有電火花加工的白層、顯微裂紋等電火花加工缺陷。

　　TheEnd

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